Jika sebuah planet berputar perlahan, kita mungkin menjangka atmosferanya turut bergerak perlahan. Zuhrah menunjukkan bahawa andaian ini tidak semestinya benar. Planet ini berputar pada paksinya dengan sangat perlahan, sekali dalam kira-kira 243 hari Bumi. Namun berhampiran puncak awan, sekitar 65 hingga 70 kilometer di atas permukaan, kelajuan angin boleh mencapai sekitar 100 meter sesaat, bersamaan kira-kira 360 kilometer sejam.
Atmosfera pada aras ini boleh mengelilingi planet dalam kira-kira empat hingga lima hari Bumi. Keadaan ini dikenali sebagai superputaran atmosfera, iaitu apabila atmosfera mempunyai gerakan purata mengelilingi planet yang lebih pantas daripada permukaan di bawahnya.
Apakah yang sebenarnya berputar?
Apabila dikatakan atmosfera Zuhrah berputar pantas, ini tidak bermaksud atmosfera bertindak seperti satu cangkerang pepejal. Gas bergerak pada kelajuan berbeza mengikut ketinggian dan latitud. Berhampiran permukaan, anginnya jauh lebih perlahan. Semakin tinggi melalui atmosfera, kelajuan purata angin zon, iaitu angin yang bergerak terutama mengikut arah timur-barat, meningkat dengan ketara, dan berhampiran puncak awan kelajuannya mencapai sekitar 100 m/s.
Keadaan ini luar biasa kerana geseran antara atmosfera dengan permukaan serta pencampuran antara lapisan cenderung mengurangkan perbezaan kelajuan. Oleh itu, superputaran yang berterusan memerlukan mekanisme yang sentiasa mengagihkan semula momentum sudut dalam atmosfera.
Dari manakah tenaga angin datang?
Sumber tenaga utama sistem atmosfera Zuhrah akhirnya ialah sinaran Matahari. Namun mengatakan bahawa Matahari menyebabkan angin belum menerangkan bagaimana atmosfera memperoleh corak superputarannya. Pemanasan Zuhrah tidak seragam: bahagian atmosfera yang menerima sinaran Matahari mengalami pemanasan berbeza daripada bahagian malam, dan kawasan khatulistiwa menerima corak tenaga yang berbeza daripada kawasan kutub. Perbezaan pemanasan menghasilkan perbezaan suhu dan tekanan, lalu memacu gerakan atmosfera.
Atmosfera Zuhrah pula sangat tebal dan diselubungi awan. Interaksi antara pemanasan, peredaran global dan gelombang atmosfera menjadikan pengagihan tenaga serta momentum jauh lebih rumit daripada sekadar udara bergerak dari kawasan panas ke kawasan sejuk. Cabaran utamanya bukan menerangkan mengapa terdapat angin, tetapi bagaimana momentum sudut yang mencukupi dihantar dan ditumpukan sehingga atmosfera atas dapat mengekalkan kelajuan yang begitu tinggi.
Momentum perlu dipindahkan
Bayangkan seorang pemain luncur ais menarik tangannya ke arah badan lalu berputar lebih pantas. Analogi itu menggambarkan prinsip pemuliharaan momentum sudut, tetapi atmosfera Zuhrah jauh lebih kompleks kerana ia merupakan bendalir yang sentiasa memindahkan jisim dan momentum. Model atmosfera menunjukkan bahawa aliran dari khatulistiwa ke kutub sahaja cenderung mengagihkan momentum dengan cara tertentu, tetapi superputaran kuat memerlukan proses yang boleh mengangkut momentum kembali ke kawasan yang diperlukan. Antara mekanisme yang telah lama dikaji ialah gelombang atmosfera dan pasang surut terma.
Pasang surut terma bukan pasang surut laut. Ia ialah gelombang atmosfera berskala planet yang terhasil apabila pemanasan Matahari berubah mengikut waktu tempatan. Awan Zuhrah menyerap tenaga Matahari, menyebabkan atmosfera mengembang, mengecut dan menghasilkan gangguan tekanan berkala. Gelombang ini boleh membawa momentum dari satu kawasan atau ketinggian ke kawasan lain, dan apabila gelombang berubah atau terlerai, momentum yang dibawanya boleh dipindahkan kepada aliran purata atmosfera.
Akatsuki melihat peranan pasang surut terma
Akatsuki direka khusus untuk mengkaji meteorologi Zuhrah. Kapal angkasa JAXA ini menggunakan beberapa kamera pada panjang gelombang berbeza untuk menjejaki corak awan pada ketinggian berlainan. Dengan mengikuti pergerakan corak awan dari satu imej ke imej seterusnya, penyelidik boleh menganggar arah dan kelajuan angin. Pemerhatian juga menunjukkan bahawa atmosfera Zuhrah bukan aliran licin yang seragam, kerana terdapat gelombang, pusaran, perubahan mengikut waktu tempatan dan variasi mengikut ketinggian.
Akatsuki turut menemui aliran sangat pantas berhampiran khatulistiwa dalam lapisan awan pertengahan hingga bawah, sekitar ketinggian 45 hingga 60 kilometer. Fenomena yang dinamakan jet khatulistiwa itu menunjukkan bahawa struktur angin di bawah puncak awan boleh berubah lebih banyak daripada yang pernah disangka. Penemuan seperti ini penting kerana teori superputaran perlu menerangkan bukan sahaja purata kelajuan puncak awan, tetapi juga bagaimana momentum bergerak antara lapisan dan latitud.
Gelombang planet turut meninggalkan jejak
Imej Zuhrah tidak hanya menunjukkan awan bergerak pantas, kerana kecerahan seluruh cakera planet juga berubah mengikut masa. Analisis imej Akatsuki pada panjang gelombang ultraungu dan inframerah mendapati perubahan kecerahan dengan tempoh utama sekitar 3.7 dan 4.6 hari. Tempoh ini tidak sepadan dengan putaran pepejal Zuhrah selama 243 hari. Sebaliknya, ia berkait dengan gelombang berskala planet yang bergerak bersama atmosfera superputar.
Ini menunjukkan satu perkara penting: apabila ahli astronomi melihat corak yang berulang pada Zuhrah, mereka tidak boleh terus menganggap corak itu menandakan putaran permukaan. Awan dan gelombang boleh bergerak puluhan kali lebih pantas daripada tanah di bawahnya. Perkara yang sama penting ketika mengkaji planet jauh, kerana perubahan berkala dalam kecerahan sesebuah planet mungkin berasal daripada atmosfera yang bergerak, bukannya ciri tetap pada permukaannya.
Mengapa angin tidak sama pada semua ketinggian?
Atmosfera Zuhrah menunjukkan ricih angin menegak, iaitu perubahan kelajuan angin dengan ketinggian. Di permukaan, angin biasanya perlahan. Pada ketinggian sekitar 45 hingga 47 kilometer, pengukuran Venus Express pernah menunjukkan kelajuan sekitar 210 km/j, manakala sekitar 66 kilometer kelajuannya mencapai kira-kira 370 km/j dalam kawasan latitud tertentu. Perbezaan ini menunjukkan bahawa superputaran tidak seragam pada semua ketinggian, dan struktur angin tersebut berkait dengan proses pengangkutan serta pengagihan semula momentum dalam atmosfera.
Adakah misteri superputaran sudah selesai?
Belum sepenuhnya. Pemerhatian dan model moden menunjukkan bahawa pasang surut terma, gelombang atmosfera, peredaran meridional dan pusaran berskala besar semuanya boleh mengangkut momentum, dan kajian Akatsuki memberikan kekangan yang semakin baik terhadap sumbangan proses-proses ini. Namun JAXA masih menyifatkan punca lengkap superputaran sebagai persoalan yang belum diselesaikan.
Ini tidak bermaksud ahli sains tidak tahu apa-apa. Sebaliknya, beberapa proses fizikal yang mampu menyumbang sudah dikenal pasti dan boleh diuji melalui pemerhatian serta simulasi. Persoalan yang masih terbuka ialah bagaimana proses tersebut bergabung, berapa besar sumbangan setiap satunya, dan bagaimana keadaan superputaran yang sangat kuat itu terbentuk serta dikekalkan dalam jangka panjang.
Bagaimanakah kita tahu atmosfera Zuhrah bergerak sepantas itu?
Apakah yang dimaksudkan dengan superputaran atmosfera Zuhrah?